Способ снижения потерь электроэнергии в замкнутой электрической сети

ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ к области электроэнергетики и может быть использовано в распределительных электрических сетях напряжением 6-110 кВ при подключении подстанций или схем выдачи мощности электростанций к двум узлам сети в качестве шунтирующей электрической связи с устройствами принудительного потокораспределения в замкнутых контурах электрической сети.

ИЗВЕСТЕН СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЗАМКНУТЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ, ОБЛАДАЮЩИХ ВЫСОКОЙ СТЕПЕНЬЮ НЕОДНОРОДНОСТИ, ПУТЕМ ВКЛЮЧЕНИЯ В КОНТУРЫ СЕТИ УСТРОЙСТВ ПРОДОЛЬНО-ПОПЕРЕЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ, В Т.Ч. ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ (ВДТ), ЭДС КОТОРЫХ ВЫБИРАЕТСЯ ПО УСЛОВИЮ ДОСТИЖЕНИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ТОКОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ (В.Г. Холмский. Расчет и оптимизация режимов электрических сетей (специальные вопросы). - М.: Высшая школа, 1975. - С. 164-167) при котором контролируется топология замкнутой электрической сети, параметры ее элементов, транзитный поток энергии и узловые нагрузки внутри контролируемой замкнутой сети, на вычислительном устройстве по известной модели определяется оптимальное потокораспределение в замкнутом контуре и величина необходимой принудительной ЭДС с последующей ее реализацией на устройстве продольно-поперечного регулирования напряжения.

НЕДОСТАТКОМ УКАЗАННОГО СПОСОБА является сложность его реализации, т.к. он нуждается в развитой системе сбора распределенных данных, применении высокопроизводительных вычислительных устройств, передачи управляющих команд от центра управления до места расположения устройства продольно-поперечного регулирования напряжения. Способ реализуется в централизованных системах управления.

КРОМЕ ТОГО, ИЗВЕСТЕН СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЗАМКНУТЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ «Способ распределения потоков активной мощности в замкнутой неоднородной электрической сети» (патент SU 1436181 А1), при котором измеряют фазовые сдвиги напряжений по ветвям сети, определяют их тангенсы, умножают каждый из них на значение синуса дополнительного угла взаимного сопротивления соответствующей ветви электрической сети, алгебраически суммируют полученные значения с учетом заданного направления обхода замкнутой сети. В случае отличия от нуля и положительного знака полученной суммы изменяют контурный поток активной мощности в сторону, совпадающую с заданным направлением, обхода замкнутой электрической сети, а в случае отрицательного знака - в сторону, противоположную заданному направлению обхода.

НЕДОСТАТКОМ УКАЗАННОГО СПОСОБА является сложность его реализации, т.к. необходимо измерять параметры режима всех ветвей контура электрической сети (напряжения по модулю и фазе, активные и реактивные мощности), а также знать параметры всех ветвей, включая ветви электрической сети, не входящие непосредственно в рассматриваемый контур.

КРОМЕ ТОГО ИЗВЕСТЕН СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ЗАМКНУТЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ С ПРОДОЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫМ УПРАВЛЯЕМЫМ РЕАКТОРОМ НА ОДНОМ ИЗ УЧАСТКОВ РАЗГРУЖАЕМОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ «Способ принудительного распределения потоков активной мощности в замкнутой неоднородной электрической сети» (патент SU 1128332 А), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором централизованно контролируется топология замкнутой электрической сети, параметры ее элементов, транзитный поток энергии и узловые нагрузки внутри контролируемой замкнутой сети, на вычислительном устройстве по известной модели определяется оптимальное (экономическое) потокораспределение в замкнутом контуре, полученное значение оптимальной по потерям активной мощности по ветви контура с управляемым реактором передается локальному устройству управления реактором, в котором измеряют фактическое значение активной мощности через реактор и сравнивают его с экономическим значением и, если фактическое значение больше экономического, сопротивление реактора увеличивают, а если меньше экономического - уменьшают до устранения неравенства между ними.

НЕДОСТАТКОМ УКАЗАННОГО СПОСОБА является сложность его реализации, т.к. он содержит централизованную систему сбора распределенных данных, высокопроизводительное вычислительное устройство, канал передачи значения оптимальной мощности через реактор от центра управления до места расположения реактора, регулятор реактора. Способ реализуется в централизованных системах управления.

ЗАДАЧЕЙ (ТЕХНИЧЕСКИМ РЕЗУЛЬТАТОМ) ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ упрощение реализации способа.

ПОСТАВЛЕННАЯ ЗАДАЧА РЕШАЕТСЯ ЗА СЧЕТ ТОГО, ЧТО В ИЗВЕСТНОМ СПОСОБЕ не контролируют полностью топологию, параметры и режимные параметры элементов замкнутого контура сети, полученное значение оптимальной по потерям активной мощности не передают локальному устройству управления, фактическое значение активной мощности не сравнивают его с экономическим значением и, по результатам сравнения не корректируют принудительное потокораспределение в замкнутом контуре, а замыкают контур устройством принудительного потокораспределения с величиной ЭДС, равной разнице напряжений на разрыве контура в месте установки устройства принудительного потокораспределения, осуществляют зондирующее изменение ЭДС устройства принудительного потокораспределения, по результатам локальных измерений изменений мощности через устройство принудительного потокораспределения, мощности по линиям связи присоединяемой к электрической сети подстанции или схемы выдачи мощности электростанции при зондирующем изменении вводимой в контур ЭДС определяют эквивалентное сопротивления всего района электрической сети, шунтируемого присоединяемой схемой, для определения и установления оптимального по потерям режима электрической сети рассчитывают суммарные потери активной мощности в замкнутом контуре электрической сети до и после ввода зондирующего изменения ЭДС путем суммирования потерь во всех его элементах, используя для определения потерь во внешней части контура полученное эквивалентное сопротивление, и, если после ввода ЭДС потери снизились, то увеличивают вводимую ЭДС в том же направлении до исчерпания снижения потерь в контуре, а если потери увеличились, то меняют направление изменения ЭДС на противоположное, увеличивают вводимую ЭДС до исчерпания снижения потерь в данном направлении, далее процесс повторяется с ввода зондирующей ЭДС при каждом существенном изменении режима электрической сети.

Технический результат в виде упрощения реализации способа заключается в отсутствии необходимости централизованного сбора распределенных данных о топологии и параметрах элементов электрической сети.

На ФИГ. 1 приведена принципиальная схема подключения электростанции (ЭСт) с устройством ВДТ поперечного регулирования напряжения к двум узлам внешней электрической сети.

Принципиальная схема подключения электростанции (ЭСт), ФИГ. 1, содержит шины распределительного устройства (РУ) (1, 2), вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) поперечного регулирования напряжения (8), линии электропередачи (5, 6), часть внешней электрической сети, шунтируемой схемой подключаемой ЭСт (7), трансформаторы напряжения (12, 13), генераторы ЭСт (14, 15), управляющий контроллер (11), узлы подключения ЭСт к внешней электрической сети (3, 4), точки измерения токов, активной и реактивной мощности (9, 16, 17), выключатель (10).

На ФИГ. 2 приведена схема замещения контура электрической сети для определения Z_экв и расчета потерь.

Схема замещения, ФИГ. 2, содержит узловые точки (18, 19, 20 и 21), сопротивления линий электропередачи (22, 23), эквивалентное сопротивление внешней электрической сети относительно точек присоединения ЭСт (24), ЭДС ВДТ (25), сопротивление ВДТ (26), замыкающий контур коммутатор (27).

На ФИГ. 3 качественно представлен процесс снижения потерь в замкнутом контуре сети при вводе зондирующей ЭДС на ВДТ, выборе направления ее изменения и определения оптимальной величины.

СПОСОБ 1 ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.

В исходном режиме при запуске системы управления выключатель 10 отключен. Между напряжений шин 1 и 2 имеется разница напряжений ΔU_1-2=U₁-U₂, обусловленная падением напряжения в электрической сети 7 и линиях электропередачи 5, 6.

Контроллер 11 выдает управляющее воздействие на ВДТ 3 для компенсации разницы напряжений ΔU_1-2, и, при его допустимой величине, включает выключатель 10, замыкая тем самым контур: внешняя электрическая сеть - линии электропередачи схемы присоединения ЭСт 5, 6.

Далее контроллер 11 запоминает значения векторов тока в линиях 5 и 6 и напряжения на шинах 1, 2, используя сигналы с измерительных трансформаторов тока 16, 17 и напряжения 12, 13:

- значения векторов тока в линиях 5,6;

- значения векторов напряжения на шинах 1, 2.

Результатам присвоен индекс I.

Для определения эквивалентного сопротивления шунтируемой части сети 24 контроллер 11 производит на ВДТ ЭДС зондирующее изменение ЭДС и, после этого, запоминает значения векторов тока в линиях 5,6 и напряжения на шинах 1, 2, а также вектор тока в ветви ВДТ, I_ВДТ, используя сигналы с трансформаторов тока 9, 16, 17 и напряжения 12, 17:

- значения векторов тока в линиях 5, 6

- значения векторов напряжения на шинах 1, 2.

Результатам присвоен индекс II.

Введенная ЭДС вызвала изменение вектора контурного тока, в том числе в ветви ВДТ - δI_ВДТ.

Зная изменение вектора тока в ветви ВДТ δI_ВДТ и изменение вектора разницы напряжений между шинами 1, 2 , контроллер определяет эквивалентное сопротивление части сети 7 (ФИГ. 1) - Z_экв 24 (ФИГ. 2). (через известное напряжение и ток).

После определения Z_экв контроллер определяет потери мощности всего контура до и после ввода зондирующей ЭДС по известным формулам

ΔP_Σ=ΔР₂₂+ΔР₂₃+ΔР₂₄+ΔР₂₆,

где - потери мощности в активном сопротивлении 22;

- потери мощности в активном сопротивлении 23;

- потери мощности в активном сопротивлении 24 - R₂₄=Rе(Z_экв);

- потери мощности в активном сопротивлении ВДТ 26.

Зная потери мощности до и после ввода зондирующего воздействия, а также то, что минимальные потери могут быть получены при правильном выборе направления изменения вводимой в контур ЭДС и ее величины, контроллер сравнивает потери до и после ввода зондирующего воздействия (ЭДС), и, если после вода ЭДС потери снизились, то увеличивает вводимую ЭДС в том же направлении до исчерпания снижения потерь в контуре, а если потери увеличились, то меняет направление изменения ЭДС на противоположное и далее также увеличивают вводимую ЭДС до исчерпания снижения потерь в данном направлении (ФИГ. 3).

Далее процесс повторяется с ввода зондирующей ЭДС при каждом изменении режима электрической сети.

ТАКИМ ОБРАЗОМ, в отличие от прототипа, предлагаемый способ упрощает техническую реализацию снижения потерь электроэнергии в замкнутой электрической сети путем принудительного потокораспределения, т.к. в нем не контролируют полностью топологию, параметры и режимные параметры элементов замкнутого контура сети, полученное значение оптимальной по потерям активной мощности не передают локальному устройству управления, фактическое значение активной мощности не сравнивают его с экономическим значением и по результатам сравнения не корректируют принудительное потокораспределение в замкнутом контуре.